专利名称：多波段共轴成像监控探头及其切换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及多波段成像探测技术，特别是指一种具有一个成 像光学系统和多个探测器的多波段共轴成像监控探头及其切换装置。
背景技术：
目前，成像监控探测技术广泛应用于交通、油田、林业、安防和
国防领域。随着CCD技术和监控技术的发展，成像监控探测波长从可 见光扩展到近红外光和近紫外光，以不同波长成像来分析目标的特性， 大大地提高了探测能力。现在已有成熟的近红外CCD、近紫外变像管 等技术，使从近紫外到近红外使用多个成像探测器成为可能，但是由 于目前使用的成像监控探头大多是一个成像镜头配一个CCD探测器， 因而使探测能力受到限制。
为了解决上述问题，可以采用一个共轴成像镜头配置多个不同波 段的探测器，这样，通过不同探测器与镜头相配合，可以大提高探测 能力。目前，成像镜头与多个探测器的配置有一般是在镜头和探测器 之间设置分光棱镜组或分色棱镜组。当采用分光棱镜组时，探测器不 用切换可同时工作，但是，光学零件复杂、成本高、光损失大、镜头 后截距要足够长、镜头要综合校正像差。采用分色棱镜组时，需要配 置专门镜头，现有镜头不能使用，因而通用性差。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供 一种多波段共轴成像监控探头及其切换装置，用于实现两个或两个以 上单波段探测器的分时接收，扩展成像监控探测波长的范围，以提高
探测能力。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种多波段共轴成像监控探头切换装置，其中，所述的监控探头包括成像一个光学系统和多 个探测器，所述切换装置包括驱动机构和转换机构，所述转换机构分 别与所述探头的成像组件和探测器相连，所述驱动机构驱动所述转换 机构，使所述成像光学系统的成像光束被多个探测器中的一个接收。
进一步地，上述的多波段共轴成像监控探头切换装置可以设计成 光学式，具体地，所述转换机构包括反射镜、反射棱镜或反射棱镜组 及切换元件，所述切换元件分别与所述反射镜、反射棱镜或反射棱镜 组和所述驱动机构固定，由所述驱动机构驱动所述切换元件，带动所 述反射镜、反射棱镜或反射棱镜组进入或离开光路。其中，所述切换 元件为转动机构、平移机构、摆动机构或前三者的组合。
作为上述切换元件的一个具体例子，所述转动机构包括一转轴和 所述转轴与所述驱动机构动力输出轴之间的齿轮传动部件。这样，通 过所述驱动机构驱动齿轮传动部件带动转轴转动，转轴带动反反射镜、 反射棱镜或反射棱镜组转动，使其进入或离开光路。
另外，所述的多波段共轴成像监控探头切换装置也可以设计成机 械式，具体地，所述转换机构可以为转动机构、平移机构、摆动机构 或前三者的组合。
作为上述转换机构的一个具体例子，所述转动机构包括设有通光 孔的转盘，所述探测器固定在所述转盘上，所述驱动机构驱动所述转 盘转动，当所述转盘转动到设定位置时，所述成像光学系统的成像光 束通过转盘的通光孔被所述探测器接收。其中，驱动机构可以通过各 种传动机构来带动转盘转动， 一个典型的例子是齿轮传动。
另外，所述转动机构也可以包括带有通光孔的转轴(即为空心轴)，
在转轴的端部固定所述探测器，或者在转轴的端部再增加一个部件，
如固定爪等附属机构，用于固定探测器。如果转轴为实心轴，则可以
在固定爪等附属机构上开设通光孔，至于采取什么具体结构，视装置 的具体要求而定。
本实用新型中的所述驱动机构包括电动机和减速器，如伺服电机、 步进电机等。为了防止过载，电动机上还安装有过载保护器。
为了实现对所述转换机构精确定位和/或限位，所述切换装置还包括定位器和/或限位器，所述定位器可以为光电器件、霍尔器件或微动 开关。所述的限位器可以采用机械式限位器。
本实用新型还提供一种多波段共轴成像监控探头，包括 一个成 像光学系统，和至少两个探测器；在所述成像光学系统与探测器之间 还包括上述各种切换装置，用于将所述探测器分时切入光路。
本实用新型实现了一个成像镜头配多个探测器、多波段接收的目 的，结构简单、成本低、定位准确、操作简便、光损失小、镜头单独 校像差、通用性强，不仅适用于新设计的专用探测镜头，也可用于现 有探测镜头的改做。
图1为本实用新型实施例一的结构原理示意图； 图2为本实用新型实施例一的正面视图； 图3为图2中T一T向的剖视图； 图4为图3中A部放大图5为本实用新型实施例二的结构原理示意图； 图6为本实用新型实施例二的局部剖视图； 图7为图6中V — V向和W — W向的剖视图； 图8为本实用新型实施例三的正面视图； 图9为图8中Q — Q向的剖视图。
其中，上述各图中的附图标记含义如下
共轴成像
光学系统
驱动机构
定位器/限位器
共轭调整机构
反射镜
齿轮
转盘
100、 200
102、 202 104、 204 106、 206、 306 1031
1033、 1034、
1035
2031
探测器
转换机构
固定件
电动机
转轴
光电开关
ioi、 ior 201、 2or 301、 3or
103、 203 105、 205、 305 1021、 2021、 3021 1032
1041、 2041、 3041
滚动轴承 2032齿轮 2033 过载保护器 207 轴承 3032
机械限位器 2042、 3042 摆盘 3031 齿轮 303具体实施方式
图1为本实用新型一实施例一一光学式切换装置的结构原理示意
图，用于接收不同波段的两个探测器ioi、 ior分布在共轴成像光学
系统100的相应方位，驱动机构102和转换机构103位于共轴成像光
学系统ioo和探测器ioi、 ior之间。在驱动机构102的驱动下，转
换机构103转动相应的角度，通过其角度的变化，改变光束的传播方 向，从而使所述共轴成像光学系统100的成像光束被两个探测器101 中的一个接收。为了定位/限位，还包括定位器/限位器104。
作为应用上述原理的一个实施例，如图2—图4所示。 一种多波 段共轴成像监控探头包括共轴成像光学系统100、两个探测器101、
ioi'，在探测器ioi、 ior和共轴成像光学系统ioo之间还包括有切
换装置，其固定在一壳体上，该壳体通过一固定件105固定在像光学 系统100上，探测器101、 101，卡在该壳体上。具体地说，切换装置 包括反射镜1031、转轴1032、电动机1021,在转轴1032上固定有齿 轮1033，在电动机1021的输出轴上固定有齿轮1035，通过另一齿轮 1034来连接齿轮1033和齿轮1035，这样，电动机输出的动力通过该 组齿轮传递给转轴1032，由该转轴1032带动反射镜1031转动。这样， 通过控制电动机1021的转动，实现了对反射镜1031转动角度的控制， 以使共轴成像光学系统100的成像光束可以被某一探测器接收。
另外，为了实现精确定位，在反射镜1031的相应位置还设有光电 开关1041，当反射镜1031转动到设定的角度时，挡住光电开关1041 的感光孔，触发光电开关1041发出电信号给控制系统，控制系统控制 电动1021机停止转动，则反射镜1031停在预定位置。
图示反射镜1031的位置是其中一个切换状态，其反射面与共轴成 像光学系统100中的镜头的光轴成45度，来自镜头的成像光束经反射 卯度后由一探测器101 (如可以是近红外CCD探测器)接收。反射镜1031可以转动，其转轴位于反射镜1031的一边。当电动机1021 (如 可以是伺服电机)通过齿轮传动(齿轮1033、 1034、和、1035)，带动 反射镜1031转动时，反射镜则离开成像镜头的光路。此时的成像光束 将无阻挡地被另一探测器101'(如可以是可见光CCD探测器)接收， 实现另一种状态切换。本装置要求反射镜要准确定位，这里采用了光 电开关1041，当反射镜1031有关的运动构件到达给定位置时，光电开 关1041给出信号，终止电动机1021工作。在本装置中，反射镜1031 的两个极限位置，分别设有机械限位器(图中未示出)，保护机构的安 全。
为使两个探测器(CCD)像面共轭，还包括一像面共轭调整机构 106，其实现方式可以有多种，如为一调整垫片、螺钉和螺孔间隙，如 图4所示。
在本实用新型中，通过驱动机构带动所述反射镜进入或离开光路 时，可以采用转动机构，如图2-4所示，也可以采用平移机构，如滑动 导轨机构、滚动导轨机构，另外也可以采用摆动机构，如四连杆机构、
扇形齿轮等。
并且，上述光学式的切换装置中的反射镜也可以是反射棱镜或反 射棱镜组，因原理及结构与上述实施例相类似，故在此不再举例。
参见图5，为本实用新型另一实施例一 一机械式切换装置的原理 示意图，在本实施例中，包括一个共轴成像光学系统200和接收不同 波段的探测器201、201'，上述探测器分布在转换机构203的相应位置。 在驱动机构202的驱动下，转换机构203使其中的一个探测器进入成 像光路。当转换机构203运动到另一个位置时，将使另一个探测器进 入成像光路。为了定位/限位，还包括定位器/限位器204，如果有多个 探测器，则有多个工作位置。从上述原理图可知，本实施例采用机械 式结构，不改变成像光路，而是改变探测器的位置，从而实现探测器 分时接收成像光束的目的。
其中的转换机构203可以采用转动机构、平移机构或摆动机构， 或前三者组合，用于实现其上探测器进入和离开光路的目的。
其具体实施例如图6、图7所示。该实施例中的多波段共轴成像监控探头包括一个共轴成像光学系统(图中未示出)、两个探测器201、
2or，在探测器201、 2or和共轴成像光学系统之间还包括有切换装
置，所述的切换装置包括驱动机构202和转换机构203，其中，所述的 驱动机构202包括电动机2021，转换机构203为一转动机构，包括转 盘2031和滚动轴承2032，其中，探测器201、 201，分别设置在转盘 2031的相应工作位置，在转盘2031的边缘设有齿，在电动机2021的 输出轴上固定有齿轮2033，当电动机2021转动时，由齿轮2033带动 转盘2031在滚动轴承2032上转动。
切换装置用卡箍通过固定件205将其直接固定在成像镜头的后 端。转盘2031采用散装滚动轴承2032的无间隙运动机构，其上安装 不同波段探测器。图示转盘2031的位置是其中一个切换状态，来自镜 头的成像光束通过转盘通光孔后由一个探测器201接收。转盘2031可 以转动，其回转轴与镜头的光轴平行，且距光轴保持一距离。当电动 机2021通过滑动离合器、齿轮2033带动转盘2031转动时，转盘通光 孔及CCD探测器离开光路，而另一个通光孔则进入光路。此时的成像 光束被另一个CCD探测器20r接收，实现另一种状态切换。本装置 要求转盘的转角要准确，即转盘要准确定位，这里采用了光电开关 2041，当转盘2031转到给定位置时，光电开关2041给出信号，终止 电动机2021工作。在本装置中，转盘2031的两个极限位置，设有机 械限位器2042，以保护机构的安全。为使两个CCD探测器像面共轭， 设有共轭调整机构206。并且，电动机2021还安装有过载保护器207。
另外，转换机构还可以为摆动机构，如图8、图9所示。本实例 中的切换装置通过固定件(如一锁螺)305将其直接固定在成像镜头的 后端。摆盘3031采用轴承3032的无间隙配合机构，其上安装不同波 段探测器301、 301'。图示摆盘的位置是其中一个切换状态，来自镜头 的成像光束通过摆盘3031通光孔后由一个CCD探测器301接收。摆 盘3031可以摆动，其回转轴与镜头的光轴平行，且距光轴保持一距离。 当电动机3021 (如伺服电机)通过齿轮3033带动摆盘3031摆动时， 摆盘3031的通光孔及探测器301离开光路，而另一个通光孔则进入光 路。此时的成像光束被另一个CCD探测器301'接收，实现另一种状态切换。本装置要求摆盘的转角要准确，即摆盘要准确定位。这里采 用了光电开关3041，当摆盘这个公共构件转到给定位置时，光电开关
3041给出信号，终止电动机3021工作。在本装置中，转盘3031的两 个极限位置，设有机械限位器3042，保护机构的安全。为使两个CCD 探测器像面共轭，设有像面共轭调整机构(如调整垫片和横向微调机 构)306。
此外，转换机构还可以采用平移机构，如传统的滑轨式机构等， 对于该结构在此不再赘述。
应该理解到的是上述具体实施例只是对本实用新型的说明，而 不是对本实用新型的限制，任何未超出本实用新型实质精神范围的等 同结构，均应落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1. 一种多波段共轴成像监控探头切换装置，其中，所述的监控探 头包括一个成像光学系统和多个探测器，其特征在于，所述切换装置 包括驱动机构和转换机构，所述转换机构分别与所述探头的成像光学 系统和探测器相连，所述驱动机构驱动所述转换机构，使所述成像光 学系统的成像光束被多个探测器中的一个接收。
2. 根据权利要求l所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述转换机构包括反射镜、反射棱镜或反射棱镜组及切换 元件，所述切换元件分别与所述反射镜、反射棱镜或反射棱镜组和所 述驱动机构固定，由所述驱动机构驱动所述切换元件，带动所述反射 镜、反射棱镜或反射棱镜组进入或离开光路。
3. 根据权利要求2所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述切换元件为转动机构、平移机构、摆动机构或前三者 的组合。
4. 根据权利要求3所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述转动机构包括连接反射镜、反射棱镜或反射棱镜组的 转轴及所述转轴与所述驱动机构动力输出轴之间的齿轮传动部件。
5. 根据权利要求l所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述转换机构为转动机构、平移机构、摆动机构或前三者 的组合。
6. 根据权利要求5所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述转动机构包括一设有通光孔的转盘或转轴，所述探测 器固定在所述转盘上或所述转轴端部，所述驱动机构驱动所述转盘或 所述转轴转动，当所述转盘或所述转轴转动到设定位置时，所述成像 光学系统的成像光束通过转盘的通光孔或所述转轴附属机构上的通光孔被所述探测器接收。
7. 根据权利要求l所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述切换装置还包括定位器和/或限位器，用以对所述转换 机构精确定位和/或限位。
8. 根据权利要求7所述的多波段共轴成像监控探头切换装置，其 特征在于，所述定位器为光电器件、霍尔器件或微动开关；所述限位 器为机械式限位器。
9. 根据权利要求l一8任一所述的多波段共轴成像监控探头切换 装置，其特征在于，所述驱动机构包括电动机和减速器，且包括过载 保护器。
10. —种多波段共轴成像监控探头，包括 一个成像光学系统和 至少两个探测器；其特征在于，在所述成像光学系统与探测器之间还 包括如权利要求l一9任一所述切换装置，用于将所述探测器分时切入 光路。
专利摘要本实用新型公开了一种多波段共轴成像监控探头及其切换装置，其中，所述的监控探头包括一个成像光学系统和多个探测器，所述切换装置包括驱动机构和转换机构，所述转换机构分别与所述探头的成像光学系统和探测器相连，所述驱动机构驱动所述转换机构，使所述成像光学系统的成像光束被多个探测器中的一个接收。本实用新型实现了一个成像镜头配多个探测器、多波段接收的目的，结构简单、成本低、定位准确、操作简便、光损失小、镜头单独校像差、通用性强，不仅适用于新设计的专用探测镜头，也可用于现有探测镜头的改做。
文档编号H04N5/225GK201156146SQ20082000364
公开日2008年11月26日 申请日期2008年2月1日 优先权日2008年2月1日
发明者丁玉田, 任志文, 巍 郑, 郑维彦 申请人:郑维彦